CN1083742C - 剪切热钢坯用复合剪刃及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪切热钢坯用的复合剪刃及制造方法，它可剪切连铸坯、轧制坯等热钢坯。它主要是在碳钢、合金钢材料的基体或者用旧剪刃的基体上焊接奥氏体基钢中间过渡层，随之在中间过渡层上堆焊Co-Cr-W或Co-Cr基合金工作层，从而得到具有中过渡层和堆焊工作层复合结构的热剪刃，该复合剪刃使用寿命是原整体剪刃的5倍以上。

Description

剪切热钢坯用复合剪刃及其制造方法

本发明涉及一种剪切热钢坯用的刀具及其制造方法，尤其是指具有多层复合结构刃口的钢坯热剪机剪刃及其制造方法。

钢坯热剪机工作时，剪切钢坯的温度高于650℃，有时甚至达到1100℃～1250℃。热剪刃刃口温度最高可达700℃以上，刃口还在空气中或水冷条件下较快地冷却。因此，要求热剪刃刃口材料有较高的耐高温磨损、抗高温冲击及耐冷热疲劳性能。目前普遍使用的热剪刃为整体合金钢剪刃，剪刃的材质有5CrW2Si，6CrW2Si，5CrNiMo，5CrMnMo，3Cr2W8V，H13等。整体合金钢剪刃的主要缺点是剪刃刃口的热强性往往不能满足使用要求，耐高温磨损性能较差，使用寿命低，而且制造成本也较高。

“小方坯连铸机热剪刃的补焊方法”的发明专利，ZL91110471.2，申请日为91年10月29日，提出了一种对旧剪刃进行补焊修复的方法，其方法是用钴基合金焊条直接在剪刃基体上补焊磨损的刃口，在剪刃刃口上形成堆焊工作层，但用这种方法修复的剪刃，其基体材质仅限于5CrW2Si等可焊性较好的钢种；对焊接工艺要求严格；堆焊层焊后易产生裂纹，堆焊层合金元素的稀释率大，未能充分发挥堆焊层贵重合金元素的作用，且剪刃在使用过程中易出现刃口崩口，甚至部分堆焊层剥落现象。若用旧的剪刃基体上有深不可去除的热疲劳裂纹，则不宜修复，否则剪刃使用中易出现基体折断，堆焊层剥落现象，从而旧剪刃的可修复次数较少。

基于上述认识，本发明的目的是提供一种能显著延长剪刃使用寿命的钢坯热剪机剪刃以及这种剪刃的加工制造方法。

本发明所提供的剪切热钢坯用复合剪刃，由剪刃基体和刃口组成。其中，刃口为含有中间过渡层和堆焊工作层的复合结构，中间过渡层直接覆盖整个基体上，堆焊工作层完全覆盖中间过渡层，而构成剪刃刃面；其特点是：中间过渡层化学成份为(重量％)：≤0.6C，0.4～5.0Mn，≤1.0Si，15.0～25.0Cr，5.0～20.0Ni，≤3.0W，≤3.0Mo，≤1.0V，≤0.5Nb，焊缝金属属奥氏体基体钢；工作层化学成份为(重量％)：0.20～1.80C，18.0～32.0Cr，0.0～10.0W，≤5Fe，≤3Si，≤2Mn，≤3Ni，Co基，焊缝金属属Co-Cr-W或Co-Cr基合金。

为实现本发明所提供的剪切热钢坯用复合剪刃的加工制造方法是：

(1)首先用35、45、40Cr，5CrW2Si，5CrNiMo，5CrMnMo，3Cr2W8V，H13等碳钢或合金钢材料制成剪刃基体，在基体的刃口部位加工出一条焊槽，焊槽的截面形状可为矩形、阶梯形、三角形或扇形。焊槽的尖角处应圆滑过渡，截面两直角边长为1～55mm。接着将基体进行调质热处理。

或者，也可用旧的剪刃作基体，用磨削、或气割、气刨+磨削的方法加工出一条如上所述焊槽，加工焊槽时应将刃口部位基体上的热疲劳裂纹清理干净，对于难以清除的裂纹可用碳锰钢焊条进行补焊，如果裂纹情况严重或焊槽开得过大，还可用碳锰钢焊条在基体的焊槽部位上焊接一层或数层打底层。焊接旧剪刃基体的碳锰钢焊条焊缝化学成份为(重量％)：≤0.15C，≤2.0Mn，≤1.0Si。

(2)其次，在剪刃基体焊槽部位上焊接一层中间过渡层，中间过渡层必须将焊槽部位完全覆盖，且厚薄均匀，中间过渡层的厚度为0.5mm～10mm，焊缝金属属奥氏基体钢。

(3)最后，将焊好中间过渡层的基体预热至250℃～650℃(预热温度视基体材质及尺寸而定)，用氧-乙炔火焰气焊、氩弧堆焊、手工电弧堆焊、氧-乙炔火焰喷焊或等离子喷焊方法堆焊刃口的工作层。焊缝金属属Co-Cr-W或Co-Cr基合金。堆焊层注意留下1～2mm的加工余量，焊后将剪刃放入预热炉中或保温材料中缓冷，或者也可入炉中加热至650℃左右保温1-2小时后随炉冷却。

焊接过渡层用焊条的焊缝化学成份为(重量％)：≤0.6C，0.40～5.0Mn，≤1.0Si，15.0～25.0Cr，5.0～20.0Ni，≤3.0W，≤3.0Mo，≤1.0V，≤0.5Nb，焊缝金属属奥氏体基体钢。

堆焊工作层焊缝的化学成份为(重量)：0.20～1.80C，18.0～32.0Cr，0.0～10.0W，≤5Fe，≤3Si，≤2Mn，≤3Ni，Co基。焊缝金属属Co-Cr-W或Co-Cr基合金。

本发明剪切热钢坯用的复合剪刃，可剪切连铸坯、轧制坯等热钢坯，能进一步提高热剪刃的使用寿命，且质量稳定。将本发明方法用于旧剪刃的修复，可以使剪刃反复使用，降低生产成本。

附图1是本发明剪刃的示意图。

附图2是本发明剪刃的截面示意图。

附图3是本发明剪刃的焊槽截面示意图之一。

附图4是本发明剪刃的焊槽截面示意图之二。

附图5是％发明剪刃的焊槽截面示意图之三。

附图6是本发明剪刃的焊槽截面示意图之四。

实施例一：在250吨，剪切123mm×123mm轧制方钢坯的热剪机上，原使用5CrW2Si钢整体剪刃，一片剪刃可使用2～4个刃口，由于使用后的基体塌陷，变形严重，故一般只使用2个刃口.

用45钢制成剪刃的基体1，在一刃口上开出截面形状如附图3所示，截面尺寸为30mm(宽)×40mm(高)的一条焊槽3。接着进行调质热处理。然后用手工电弧焊的方法在剪刃基体焊槽部位上焊接一层厚薄均匀、厚度为6mm左右的中间过渡层21，中间过渡层21焊缝的化学成份为(重量％)：0.58C、4.23Mn，0.6Si，20.3Cr，11.0Ni，2.83W，2.74Mo，0.8V，0.1Nb。最后将焊好中间过渡层21的基体预热至380～400℃，用氩弧堆焊法堆焊刃口工作层22，焊后将剪刃放入预热炉中随炉缓冷至室温。工作层22焊缝化学成份为(重量％)：1.6C，0.58Mn，1.0Si，30.0Cr，8.8W，0.5Fe，Co余量。如此可得到刃口2含有中间过渡层21和工作层22的复合剪刃。

如上所述45钢制成的剪刃基体1，也可采用用旧的剪刃来制作。若是，则先用碳弧气刨开出上述焊槽3，并用手持砂轮磨去待焊部位的氧化、增碳层、露出金属光泽，如果焊槽3上有裂纹，则用碳锰钢焊条焊补，碳锰钢焊条焊缝化学成份为(重量％)：0.12C，1.6Mn，0.60Si。接着用上述的工艺焊接中间过渡层21和刃口工作层22。通过使用对比，一付用45碳钢为基体的复合剪刃，可以当作原5～10付5CrW2Si钢整体剪刃使用。

实施例二：剪切180mm×180mm连铸坯的3Cr8V钢整体剪刃在正常工作条件下每个刃口只能使用半个月，切断钢坯次数约3000～4000次，一块剪刃一般使用二个刃口，可使用一个月，切断钢坯次数约6000～8000次。

用6CrWSi为基体1，或用旧的剪刃作基体1，按基本同实施例1的方法制造出刃口含中间过渡层21和堆焊工作层22的复合剪刃。该复合剪刃(使用一个刃口)可使用3～4个月，切断钢坯次数达28000余次，其使用寿命是原整体剪刃的7倍以上。

Claims (3)

1.一种剪切热钢坯用的复合剪刃，由基体和刃口组成，刃口由中间过渡层和堆焊的工作层构成，其特征在于：中间过渡层化学成份为(重量％)：≤0.6C，0.4～5.0Mn，≤1.0Si，15.0～25.0Cr，5.0～20.0Ni，≤3.0W，≤3.0Mo，≤1.0V，≤0.5Nb，焊缝金属属奥氏体基体钢；工作层化学成份为(重量％)：0.20～1.80C，18.0～32.0Cr，0.0～10.0W，≤5Fe，≤3Si，≤2Mn，≤3Ni，Co基，焊缝金属属Co-Cr-W或Co-Cr基合金。

2.一种制造如权利要求1所述的剪切热钢坯用的复合剪刃的方法，其步骤是：

(1).首先用35、45、40Cr，5CrW2Si，5CrNiMo，5CrMnMo，3Cr2W8V，H13等碳钢或合金钢材料制成剪刃基体，在基体的刃口部位加工出一条焊槽，焊槽的截面形状可为矩形、阶梯形、三角形或扇形。焊槽的尖角处应圆滑过渡，截面两直角边边长为1～55mm；接着将基体进行调质热处理；

(2).其次，在剪刃基体焊槽部位上焊接一层中间过渡层，中间过渡层必须将焊槽部位完全覆盖，且厚薄均匀，中间过渡层的厚度为0.5mm～10mm；

(3).最后，将焊好中间过渡层的基体预热至250℃～650℃(预热温度视基体材质及尺寸而定)，用氧-乙炔火焰气焊、氩弧堆焊、手工电弧堆焊、氧-乙炔火焰喷焊或等离子喷焊方法堆焊刃口的工作层，堆焊层注意留下1～2mm的加工余量，焊后将剪刃放入预热炉中或保温材料中缓冷，或者也可入炉中加热至650℃左右保温1-2小时后随炉冷却。

3.根据权利要求1所述的制造剪切热钢坯用的复合剪刃的方法，其特征在于：剪刃基体也可用用旧的剪刃制作，用磨削或气割、气刨+磨削的方法加工出一条焊槽，加工焊槽时应将刃部位基体上的热疲劳裂纹清理干净，对于难以清除的裂纹可用碳锰钢焊条进行补焊，如果裂纹情况严重或焊槽开得过大，还可用碳锰钢焊条在基体的焊槽部位上焊接一层或数层打底层。焊接旧剪刃基体裂纹的碳锰钢焊条焊缝化学成份为(重量％)：≤0.15C，≤2.0Mn，≤1.0Si。

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